(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニコチンアミドおよびニコチンアミド系化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質。
【請求項２】
前記ニコチンアミドまたは前記ニコチンアミド系化合物は、還元型である、請求項１に記載のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質。
【請求項３】
前記ニコチンアミド系化合物は、ニコチンアミドモノヌクレオチド（ＮＭＮ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）、およびニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰ）からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を用いて、カーボンナノチューブにｎ型ドーピングする、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を、前記カーボンナノチューブに接触させる段階と、
前記カーボンナノチューブと接触した前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を加熱する段階とを含む、請求項４に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の使用量を調節して、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態を調節する、請求項４または５に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を昇華させて前記カーボンナノチューブと接触させる、請求項５または６に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を溶媒に溶解して、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液を調製する段階と、
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液を、前記カーボンナノチューブに接触させる段階と、
前記カーボンナノチューブと接触した前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液を加熱する段階とを含む、請求項４に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液の使用量を調節して、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態を調節する、請求項８に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液中のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の濃度を調節して、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態を調節する、請求項８または９に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項１１】
前記加熱において、加熱温度または加熱時間の少なくとも一方のパラメータを調節して、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態を調節する、請求項５または８〜１０のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項１２】
前記加熱温度は４０〜２５０℃である、請求項１１に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項１３】
前記加熱時間は１０秒〜１００時間である、請求項１１または１２に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法。
【請求項１４】
請求項４〜１３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法を用いてｎ型ドーピングされてなる、カーボンナノチューブ。
【請求項１５】
前記カーボンナノチューブは、空気中でｎ型を示す、請求項１４に記載のカーボンナノチューブ。
【請求項１６】
前記カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質または前記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液と接触させてから空気中で３０日経過後にｎ型を示す、請求項１４または１５に記載のカーボンナノチューブ。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブを含む、素子。
【請求項１８】
前記素子は電界効果トランジスタである、請求項１７に記載の素子。
【請求項１９】
前記素子はＰＮ接合ダイオードである、請求項１７に記載の素子。
【請求項２０】
前記素子はＣＭＯＳである、請求項１７に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質およびこれを用いたカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、ＰＮ接合ダイオード、電界効果トランジスタ、発光素子、およびＣＭＯＳなどの各種の電子素子、カーボンナノチューブ複合体、ならびに太陽電池などに、多岐に亘って応用されうる。カーボンナノチューブを上記の素子などに応用するためには、ｎ型ドーピングとｐ−ドーピングの制御技術が必要である。
【０００３】
カーボンナノチューブは、製造直後には、主にｐ−ドーピング状態になっているが、このようなｐ−ドーピングを制御するためには、カーボンナノチューブから電子を奪う酸化剤が使用される。かような酸化剤としては、例えば、塩酸、硫酸、および硝酸などの鉱酸、あるいは塩化金（ＨＡｕＣｌ４）および硝酸銀（ＡｇＮＯ３）などの金属塩が使用される。
【０００４】
一方、ｎ型ドーピング剤を制御するためには、カーボンナノチューブに電子を与える還元剤が使用される。かような還元剤としては、例えば、カリウムおよびナトリウムなどのアルカリ金属、ヒドラジン、ならびに、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）およびポリアニリンのような還元性ポリマーが使用される（特許文献１および２参照）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２７８１１１号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００６／００７３０１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のｎ型ドーピング剤を用いると、カーボンナノチューブへのｎ型ドーピング時に脱ドーピングするという問題点を有していた。本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、カーボンナノチューブへのｎ型ドーピング時に脱ドーピングすることなく、安定したドーピング状態を長期間保持することができる新規なカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、本発明者らは、ニコチンアミドまたはニコチンアミドと化学的に結合されてなる化合物であるニコチンアミド系化合物をカーボンナノチューブのｎ型ドーピング物質として使用することを見出した。そして、これらの化合物をｎ型ドーピング物質として用いると、カーボンナノチューブへのｎ型ドーピング時に空気中でも長期間のドーピング安定性を確保することができ、さらに、ドーピング状態の制御が容易になるという事実を見出して本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質は、ニコチンアミドおよびニコチンアミド系化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るカーボンナノチューブのｎ型ドーピング物質によれば、カーボンナノチューブへのｎ型ドーピング時に空気中でも長期間のドーピング安定性を確保することができ、さらに、ドーピング状態の制御が容易になりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１０】
本実施形態は、ニコチンアミドおよびニコチンアミド系化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質に関する。
【００１１】
本実施形態によると、新規なカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質として、ニコチンアミドおよびニコチンアミド系化合物を使用する。なお、本発明において、「ニコチンアミド系化合物」とは、ニコチンアミドが化学的に結合されてなる化合物をいう。
【００１２】
ニコチンアミド（以下、「ニコチン酸アミド」とも称する）とは、下記化学式１で表される化合物をいう。
【００１３】
【化１】
0005563215.tif 000002
【００１４】
ニコチンアミドは、加熱すると下記反応式１で表すように、ベンゼン環のＮがＮ＋に変換されるとともに電子を放出し、この電子がカーボンナノチューブのｎ型ドーピングに関与する。すなわち、ニコチンアミドはカーボンナノチューブに対して電子を与える還元剤として作用して、カーボンナノチューブにｎ型ドーピングすることができる。
【００１５】
【化２】
0005563215.tif 000003
【００１６】
また、下記化学式２で表されるようなニコチンアミドの還元型を使用することもできる。下記反応式２で表すように、還元型のニコチンアミドを加熱すると、ベンゼン環のＮがＮ＋に変換される際に放出される電子１個と、ベンゼン環のＨがＨ＋に変換される際に放出する電子１個との計２個の電子が生成し、これら電子がカーボンナノチューブのｎ型ドーピングに関与する。
【００１７】
【化３】
0005563215.tif 000004
【００１８】
【化４】
0005563215.tif 000005
【００１９】
さらに、ニコチンアミド自体だけでなく、ニコチンアミドと化学的に結合してなる化合物、すなわち、ニコチンアミド系化合物およびその還元型を使用することもできる。
【００２０】
ニコチンアミド系化合物としては、例えば、ニコチンアミドモノヌクレオチド（ＮＭＮ；Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  Ｍｏｎｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ；Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  Ａｄｅｎｉｎｅ  Ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）、およびニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰ；Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  Ａｄｅｎｉｎｅ  Ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）などが挙げられる。しかし、上記化合物以外でも、ニコチンアミドと化学的に結合した化合物であれば特に制限なく使用することができる。特に制限はないが、ニコチンアミド系化合物は１０万以下の分子量を有するものでありうる。
【００２１】
なお、ＮＭＮはニコチンアミドと、ヌクレオチドとが結合した構造を有し、ＮＡＤはニコチンアミドと、ジヌクレオチドと、アデノシンとが結合した構造を有し、ＮＡＤＰはＮＡＤのアデノシンの−ＯＨ（２’Ｃ位）がリン酸に置換され構造を有する。さらに、ＮＭＮの還元型がＮＭＮＨであり、ＮＡＤ（Ｐ）の還元型がＮＡＤ（Ｐ）Ｈである。下記化学式３は、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈの構造を表す。
【００２２】
【化５】
0005563215.tif 000006
【００２３】
そして、下記反応式３で表すように、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈは加熱されることによって電子を放出する。
【００２４】
【化６】
0005563215.tif 000007
【００２５】
上記反応式３で表されるように、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ中のニコチンアミドベンゼン環のＮがＮ＋に変換され、ベンゼン環中のＮの反対側の炭素に結合したＨがＨ＋として脱離する。これにより、２個の電子が放出され、これらの電子がカーボンナノチューブのｎ型ドーピングに関与しうる。ＮＡＤ（Ｐ）の場合は、ニコチンアミドベンゼン環のＮがＮ＋に変換されるとともに、１個の電子が放出される。
【００２６】
このような反応メカニズムは、上述した反応式１または反応式２で表されるニコチンアミドの場合と同様である。換言すると、ＮＡＤ（Ｐ）またはＮＡＤ（Ｐ）Ｈは、ニコチンアミド構造を含有していることによってカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質として作用するものと考えられる。実際に、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ中のアデニン部分のように、ニコチンアミド以外の分子部分からなる化合物を用いてドーピング実験を行ったとしても、ドーピング効果は得られない。なお、ＮＭＮまたはＮＭＮＨなどの他のドーピング物質のドーピング作用も同様のメカニズムによって説明できる。
【００２７】
ニコチンアミドおよびニコチンアミド系化合物における、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング作用は、上述の通り、ニコチンアミドが酸化−還元反応に関与することによると考えられる。したがって、例えば、ＮＡＤ（Ｐ）＋のような酸化型のものは、引き続き還元剤と作用して電子を与えることができないため、ｎ型ドーピング物質として使用することができない。
【００２８】
次に、上記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を用いたカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法について説明する。
【００２９】
本実施形態に係るカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法は、上記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を用いてｎ型ドーピングを行うものであれば特に制限はないが、通常は、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質をカーボンナノチューブに接触させる段階と、カーボンナノチューブと接触したカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を加熱する段階とを含みうる。また、上記カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質に代えて、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を溶媒に溶解してカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液を調製して、これをカーボンナノチューブと接触させても構わない。ここで、溶媒としては、特に制限はないが、水、アルコール、アセトンなどのような極性溶媒を使用することができる。
【００３０】
また、例えば、前記のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を昇華させてカーボンナノチューブと接触させることも可能である。昇華されたカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質はカーボンナノチューブに原子レベルでコーティングされてもよい。
【００３１】
上述の酸化−還元反応に必要なニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物の加熱条件は、カーボンナノチューブへのｎ型ドーピングが可能な範囲内において当業者が適宜決定することができる。言い換えれば、例えば、加熱温度と加熱時間とを調節することによって、ｎ型ドーピングの最適化を図ることができる。これは、加熱温度および加熱時間の２つのパラメータによって、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態を制御することができるということを意味する。加熱温度は特に制限はないが、好ましくは４０〜２５０℃であり、より好ましくは１３０〜２５０℃であり、さらに好ましくは１５０〜２５０℃である。加熱温度がかような範囲にあると、ニコチンアミド系化合物が劣化（分解）することなく、ドーピングが効果的に行われうる。加熱時間も特に制限はないが、好ましくは１０秒〜１００時間であり、より好ましくは１分〜１００時間であり、さらに好ましくは、１〜６０分である。加熱時間がかような範囲にあると、十分なドーピングが効率よく行われうる。なお、十分なドーピングに必要な加熱温度および加熱時間は、吸光度データまたはＩ−Ｖカーブ等を用いることにより求めることができる。例えば、吸光度データからニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物のピークを確認することによって、ドーピングの程度を確認することができる。また、Ｉ−Ｖカーブを分析することによって、ドーピングの程度を確認するも可能である。
【００３２】
本実施形態に係るカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を用いてカーボンナノチューブにｎ型ドーピングすることによって、空気中でも脱ドーピングされずに安定しているだけでなく、この安定したドーピング状態が長期間保持されうる。また、ニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物は、アルカリ金属等の金属とは異なり、酸化の虞もない。したがって、ニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物はカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質として好適に用いられうる。ドーピング安定性の観点からは、ニコチンアミドよりもニコチンアミド系化合物を用いることが好ましい。カーボンナノチューブ用ｎ−型ドーピング物質としてニコチンアミド系化合物を使用する場合、ニコチンアミド系化合物のうちのニコチンアミド部分は、カーボンナノチューブに隣接してカーボンナノチューブをｎ型ドーピングする。一方、ニコチンアミド部分以外の残りの部分は、隣接するカーボンナノチューブ層の外側に向かうように位置することにより、空気などからニコチンアミドの部分を保護することができる。
【００３３】
ＮＡＤ（Ｐ）またはＮＡＤ（Ｐ）Ｈを例に挙げて説明すれば、ＮＡＤ（Ｐ）またはＮＡＤ（Ｐ）Ｈは、アデニンなどのニコチンアミド以外の部分を有するので、アデニン部分が酸化−還元反応に関与するニコチンアミド部分を防御する役割を果たし、空気中にあっても脱ドーピングを抑制することでき、結果としてドーピング安定性を高める効果を奏する。
【００３４】
カーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法において、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態はニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物を含むカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の量を調節することにより制御できる。カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質を溶媒に溶解してカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質溶液を調製して、該溶液をカーボンナノチューブに接触する場合には、該溶液の量または該溶液中のカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の濃度を調整することによりｎ型ドーピング状態を制御できる。カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の使用量は、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態に影響を与える。すなわち、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質が多いほどカーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態はより進行する。このような事実は、カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の使用量を調節することによってドーピング状態を容易に制御することができることを意味する。
【００３５】
カーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の使用量を調節する方法としては、具体的には、ニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物を溶媒に溶解して、溶液を調製した後、該溶液の添加量を例えば１滴、２滴などのように調節するか、あるいは、該溶液中のニコチンアミドまたはニコチンアミド系化合物の濃度を、例えば１質量％、２質量％などのように調節する方法が挙げられる。かようにカーボンナノチューブ用ｎ型ドーピング物質の使用量を調節することによって、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態を容易に制御することができる。
【００３６】
上記のカーボンナノチューブのｎ型ドーピング方法を用いてｎ型ドーピングされてなるカーボンナノチューブは、下記実施例で示すように、空気中でも長期間のドーピング安定性を確保することができる。
【００３７】
かようなカーボンナノチューブは、様々な分野に応用することができる。応用例としては、ＰＮ接合ダイオード、カーボンナノチューブ−電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＣＭＯＳなどの各種の素子が挙げられる。
【実施例】
【００３８】
本発明の作用効果を、以下の実施例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【００３９】
［実施例１］ＮＡＤＨによるカーボンナノチューブのｎ型ドーピングの効果の確認
まず、βーニコチンアミドアデニンジヌクレオチド還元型二カリウム塩（β−Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  ａｄｅｎｉｎｅ  ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｒｅｄｕｃｅｄ  ｄｉｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｓａｌｔ．：ＮＡＤＨ、アルドリッチ社製）を水で溶解し、ＮＡＤＨ溶液を調製した。ＮＡＤＨ溶液の濃度は１３．５ｍＭ（１質量％）とした。
【００４０】
次に、カーボンナノチューブのｎ型ドーピングの効果を確認するために、カーボンナノチューブ−電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を作製した。該ＦＥＴを模式的に表した概略図を図１に示す。
【００４１】
図１によると、Ｎ＋にてドーピングされたＳｉバックゲート１１上にＳｉＯ２絶縁層１３が形成されており、その上にソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄが形成されている。ソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄの間にＴＣＶＤを用いて成長させたカーボンナノチューブ１５のチャンネルが形成されている。
【００４２】
ソース電極Ｓ側のカーボンナノチューブチャンネルの一部だけにフォトレジスト層１７を形成し、ドレイン電極Ｄ側の残りのカーボンナノチューブチャンネル部分に、予め調製したＮＡＤＨ溶液１９をマイクロピペットで１滴（１００μＬ）を滴下した後、１５０℃で３分間加熱した。
【００４３】
結果を図２に示す。図２は、ＮＡＤＨの使用によるｎ型ドーピングの効果を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。
【００４４】
図２によると、ＮＡＤＨ溶液で処理する前（「ＮＡＤＨ処理前」）と異なり、ＮＡＤＨ溶液で処理した後（「ＮＡＤＨ処理後」）では、カーボンナノチューブが初期のｐ−ドーピング状態からｎ型ドーピング状態に変換されたことが分かる。
【００４５】
［実施例２］ＮＡＤＨ溶液の使用量によるカーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態の変化の確認
実施例２では、ＮＡＤＨの使用量によるカーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態の変化を確認するために、ＮＡＤＨ溶液を滴下する量を１〜５滴に変化させた以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００４６】
結果を図３に示す。図３は、ＮＡＤＨ溶液の使用量の変化によるｎ型ドーピング状態の変化を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。なお、図３においてドレイン電流の単位はμＡ（１０−６Ａ）である。
【００４７】
図３によると、ＮＡＤＨ溶液の使用量が増加するにつれ（１〜５滴）、ホール電流は減少し、電流（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｕｒｒｅｎｔ）は増加し、ｎ型ドーピング状態が進行することが示された。すなわち、ＮＡＤＨ溶液の使用量を調節することにより、ｎ型ドーピングの程度を調節することができることが示された。これは、ＮＡＤＨがカーボンナノチューブのｎ型ドーピングの制御に優れることを意味する。
【００４８】
［実施例３］ＮＡＤＨ溶液の濃度によるカーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態の変化の確認
実施例３では、ＮＡＤＨの濃度によるカーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態の変化を確認するために、ＮＡＤＨ溶液の濃度を１質量％または１０質量％とし、それぞれ１滴ずつ滴下した。ＮＡＤＨ溶液の濃度以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００４９】
結果を図４および図５に示す。図４および図５は、ＮＡＤＨ溶液の濃度の変化によるｎ型ドーピング状態の変化を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。なお、図４においてドレイン電流の単位はμＡ（１０−６Ａ）であり、図５においてドレイン電流の単位はｎＡ（１０−９Ａ）である。また、図４では、特にドレイン電圧Ｖｄｓを様々に変更したそれぞれの場合におけるｎ型ドーピング効果も併せて示している。
【００５０】
図４によると、１質量％濃度のＮＡＤＨ溶液の使用によってｎ型ドーピングの効果が得られることが確認できるが、かかるｎ型ドーピングの効果は、ドレイン電圧を１Ｖ、０．５Ｖ、０Ｖ、−０．５Ｖ、−１Ｖのように変更した全ての場合に得られることが分かる。図５によると、１０質量％濃度のＮＡＤＨ溶液の使用によってｎ型ドーピングがさらに進んだことを確認することができる。このように、ＮＡＤＨ溶液の濃度を変化させることによってもｎ型ドーピング状態を制御することができることが分かる。これは、ＮＡＤＨがカーボンナノチューブのｎ型ドーピングの制御に優れることを意味する。
【００５１】
［実施例４］ドーピング安定性の確認
実施例４では、カーボンナノチューブのｎ型ドーピング状態の安定性を確認するために、ＮＡＤＨ溶液をカーボンナノチューブ−ＦＥＴに１滴落としてから、空気中において１７日間および３０日間放置した。空気中で放置したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００５２】
結果を図６に示す。図６は、ＮＡＤＨ溶液をカーボンナノチューブ−ＦＥＴに１滴落としてから、空気中で１７日間および３０日間放置した後のドーピング状態をそれぞれ示すグラフである。なお、図６においてドレイン電流の単位はｎＡ（１０−９Ａ）である。
【００５３】
図６を参照すれば、１７日間および３０日間放置した後の電流レベルはやや落ちたが、依然としてｎ型であることを確認することができた。また、３０日間放置した後の場合は、１７日間放置した後よりむしろ電流レベルが増大していることを確認することができた。これは、ＮＡＤＨのカーボンナノチューブのｎ型ドーピング安定性が長期間経過しても優れていることを意味する。
【００５４】
［実施例５］ニコチンアミドによるカーボンナノチューブのｎ型ドーピング効果の確認
実施例５では、ニコチンアミドのカーボンナノチューブのｎ型ドーピング効果を確認した。ニコチンアミド（ＮＩＣＯＴＩＮＡＭＩＤＥ、９９＋％、アルドリッチ社製）溶液を調製した。溶媒として水を使用し、ニコチンアミド溶液の濃度は１３．５ｍＭとした。カーボンナノチューブ−ＦＥＴは、実施例１と同じものを使用した。
【００５５】
結果を図７ａおよび図７ｂに示す。図７ａおよび図７ｂは、ニコチンアミドの使用によるｎ型ドーピングの効果を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。図７ａは、ニコチンアミド溶液を滴下する前のグラフであり、図７ｂは、ニコチンアミド溶液を滴下した後のグラフである。
【００５６】
図７ａおよび図７ｂによると、ＮＡＤＨ溶液を用いた場合と同様に、ニコチンアミド溶液を使用した場合においてもカーボンナノチューブが初期のｐ−ドーピング状態からｎ型ドーピング状態に変わることが分かる。これは、ＮＡＤＨを使用した場合のカーボンナノチューブのｎ型ドーピングの効果が、ＮＡＤＨ中のニコチンアミドによるものであることを示す。
【００５７】
［実施例６］ＰＮ接合ダイオードへの応用
本実施例６では、ＮＡＤＨを用いてｎ型ドーピングしたカーボンナノチューブをＰＮ接合ダイオードに応用した。ＮＡＤＨ溶液は、実施例１と同じものを使用した。
【００５８】
図８は、実施例６で作製したＰＮ接合ダイオードを表す概略図である。
【００５９】
図８によると、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ２絶縁層２３が形成されており、その上にＣｒ／Ａｕ電極Ｅ１、Ｅ２が形成されている。これら電極の間にカーボンナノチューブ２５が形成されている。フォトレジスト層２７を使用してカーボンナノチューブの半分を不動態化し、残りの部分に、ＮＡＤＨ溶液２９をマイクロピペット１滴（１００μＬ）を落とした後、１５０℃で３分間加熱した。
【００６０】
結果を図９ａおよび図９ｂに示す。図９ａおよび図９ｂは、上記で作製したＰＮ接合ダイオードのＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。図９ａは、ＮＡＤＨ溶液での処理前を示し、図９ｂは、ＮＡＤＨ溶液での処理後を示す。図９ａおよび図９ｂによると、ＮＡＤＨ溶液での処理後にＰＮ接合ダイオード素子の特性が実現されることが分かる。なお、図９ａおよび図９ｂにおいてドレイン電流の単位はｎＡ（１０−９Ａ）である。
【００６１】
［実施例７］ＣＭＯＳへの応用
実施例７では、ＮＡＤＨを用いてｎ型ドーピングしたカーボンナノチューブをＣＭＯＳに応用した。ＮＡＤＨ溶液は、実施例１と同じものを使用した。
【００６２】
図１０は、実施例７で作製したＣＭＯＳを表す概略図である。
【００６３】
図１０によると、バックゲート３１、ＳｉＯ２絶縁層３３、Ｐ型トランジスタＰ、およびＮ型トランジスタＮがそれぞれ概略的に示されている。Ｐ型トランジスタＰ及びＮ型トランジスタＮには、電極の間にカーボンナノチューブ３５が形成されている。バックゲート３１に入力電圧Ｖｉｎ端子（図示せず）が接続され、各タイプのトランジスターＰ、Ｎに出力電圧Ｖｏｕｔ端子（図示せず）が接続されている。また、Ｎ型トランジスタＮがグラウンドＧに接地され、Ｐ型トランジスタＰから電源電圧（ＶＤＤ＝２Ｖ）が出力されるようにした。
【００６４】
Ｎ型トランジスタＮにＮＡＤＨ溶液３９をマイクロピペットで１滴（１００μＬ）滴下した後、１５０℃で３分間加熱した。
【００６５】
結果を図１１に示す。図１１ａおよび図１１ｂは、図１０のＣＭＯＳの特性を示すグラフである。図１１ａは、Ｐ型トランジスタのＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。図１１ｂは、Ｎ型トランジスタのＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。図１１ｃは、ＣＭＯＳのＶｉｎ−Ｖｏｕｔグラフである。なお、図１１ａおよび１１ｂにおいてドレイン電流の単位はｎＡ（１０−９Ａ）である。図１１によると、ＮＡＤＨ溶液での処理後にＣＭＯＳの特性が実現されることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係るカーボンナノチューブ−ＦＥＴを示す概略図である。
【図２】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ＮＡＤＨの使用によるｎ型ドーピング効果を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（Ａ）を示す。
【図３】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ＮＡＤＨ溶液の使用量の変化によるｎ型ドーピング状態の変化を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（μＡ）を示す。
【図４】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ＮＡＤＨ溶液の濃度の変化によるｎ型ドーピング状態の変化を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（μＡ）を示す。
【図５】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ＮＡＤＨ溶液の濃度の変化によるｎ型ドーピング状態の変化を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（ｎＡ）を示す。
【図６】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ＮＡＤＨ処理後のドーピング安定性を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（ｎＡ）を示す。
【図７ａ】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ニコチンアミド溶液の滴下する前のＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（Ａ）を示す。
【図７ｂ】図１のカーボンナノチューブ−ＦＥＴにおける、ニコチンアミド溶液の滴下した後のｎ型ドーピング効果を示すＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（Ａ）を示す。
【図８】本発明の好ましい実施形態に係るＰＮ接合ダイオードを示す概略図である。
【図９ａ】図８のＰＮ接合ダイオードにおける、ＮＡＤＨ溶液による処理前のＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（ｎＡ）を示す。
【図９ｂ】図８のＰＮ接合ダイオードにおける、ＮＡＤＨ溶液による処理後のＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（ｎＡ）を示す。
【図１０】本発明の好ましい実施形態に係るＣＭＯＳを示す概略図である。
【図１１ａ】図１０のＣＭＯＳにおける、Ｐ型トランジスタのＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（ｎＡ）を示す。
【図１１ｂ】図１０のＣＭＯＳにおける、Ｎ型トランジスタのＩｄｓ−Ｖｇｓグラフである。ここでＸ軸はＶｇｓ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＩｄｓ（ｎＡ）を示す。
【図１１ｃ】図１０のＣＭＯＳにおける、Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔグラフである。ここでＸ軸はＶｉｎ（Ｖ）を示し、Ｙ軸はＶｏｕｔ（Ｖ）を示す。
【符号の説明】
【００６７】
１１、３１  バックゲート、
１３、２３、３３  絶縁層、
１５、２５、３５  カーボンナノチューブ、
１７、２７  フォトレジスト層、
１９、２９、３９  ＮＡＤＨ溶液、
２１、基板、
Ｓ  ソース電極、
Ｄ  ドレイン電極、
Ｅ１、Ｅ２  電極、
Ｐ  Ｐ型トランジスタ、
Ｎ  Ｎ型トランジスタ、
Ｇ  グラウンド、
Ｖｉｎ  入力電圧、
Ｖｏｕｔ  出力電圧、
ＶＤＤ  電源電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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